三元鋰電池能量密度極限在哪里？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-11-21 07:58
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目前，比亞迪磷酸鐵鋰電池的單體能量密度為150Wh，在能量密度方面，目前已經(jīng)量產(chǎn)的三元軟包鋰電池單體比能量達(dá)210WH/Kg。在提高電池安全性的基礎(chǔ)上，預(yù)計(jì)2020年軟包電池單體能量密度可達(dá)300WH/Kg。
三元鋰電池能量密度極限在哪里？
能量密度(Energydensity)是指在單位一定的空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲(chǔ)存能量的大小。電池的能量密度也就是電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。電池的能量密度一般分重量能量密度和體積能量密度兩個(gè)維度。電池的能量密度越大，單位體積、或重量?jī)?nèi)存儲(chǔ)的電量越多。
目前純電動(dòng)汽車的發(fā)展一直受到電池能量密度低的桎梏。電池能量密度沒有大的突破，純電動(dòng)車的續(xù)航里程就無法大幅提高，純電動(dòng)汽車的發(fā)展將智能依賴于政策支持，缺乏市場(chǎng)動(dòng)力。業(yè)內(nèi)人士表示三元鋰電池目前的單體能量密度已經(jīng)接近極限，很難再有大的突破。要想進(jìn)一步提升三元鋰電池的能量密度，就需要進(jìn)一步提升電池中鎳的比重。
現(xiàn)有的鋰離子電池負(fù)極材料多以石墨為主，石墨的理論克容量372mAh/g。正極材料磷酸鐵鋰?yán)碚摽巳萘恐挥?60mAh/g，而三元材料鎳鈷錳（NCM）約為200mAh/g。
三元鋰電池的能量密度分析
能量密度高是三元鋰電池的最大優(yōu)勢(shì)，所以同樣重量的電池組電池容量更大，車子跑的距離也就更遠(yuǎn)，速度也能更快。而電壓平臺(tái)是電池能量密度的重要指標(biāo)，決定著電池的基本效能和成本，電壓平臺(tái)越高，比容量越大，所以同樣體積、重量，甚至同樣安時(shí)的電池，電壓平臺(tái)比較高的三元材料鋰電池續(xù)航時(shí)間更長(zhǎng)。
三元鋰離子動(dòng)力電池目前已經(jīng)看到能量密度的“天花板”了，高鎳材料、碳硅負(fù)極的鋰電池單體能量密度最高應(yīng)該在300Wh／kg左右，正負(fù)不超過20Wh／kg。目前，我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)上的純電動(dòng)汽車所搭載的動(dòng)力電池，大多數(shù)為三元鋰電池材料和磷酸鐵鋰材料電池。
提高動(dòng)力三元鋰電池比能量的技術(shù)途徑
一、工藝進(jìn)步，但如今電池工藝設(shè)計(jì)已相對(duì)成熟，提高電池比能量的空間不大；
二、材料性能的提升，受制于自身物化性能，以磷酸鐵鋰和三元鋰為正極、碳材料為負(fù)極的鋰離子動(dòng)力電池在能量密度上很難有大的突破；
三、新材料、新體系，即開發(fā)高比能新材料、發(fā)展動(dòng)力三元鋰電池新體系是未來動(dòng)力電池比能量大幅度提升的主要途徑。
與磷酸鐵鋰電池相比，特斯拉使用的三元鋰電池在重量能量密度上要高出許多，約為200Wh/kg,這也就意味著同樣重量的三元鋰電池比磷酸鐵鋰電池的續(xù)航里程更長(zhǎng)。
